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Achieving short ignition delay and high specific impulse with cyanoborohydride based hypergolic ionic liquids

  • The efficient design of hypergolic-ionic-liquid (HIL) fuels with attractive features, (e.g., short ignition delay and high specific impulse) can be achieved by fine-tuning the molecular organization comprising both cations with appropriate alkyl chains and cyanoborohydride-based hydrogen-rich anions. Attractive features of the presented derivatives were attained by combining cations with various substituents (substituted 1H-1,2,4-triazol-4-ium, pyrrolidinium, ammonium and pyridinium cations) and the cyanoborohydride anion. All shown HILs display high thermal stabilities with thermal decomposition temperatures over 154 °C and possess higher densities (from 0.82 to 1.02 g cm−3) compared to the unsymmetrical dimethylhydrazine (UDMH, 0.793 g cm−3). The hypergolic ignition behavior of the propellant combination was evaluated by a drop test setup using white fuming nitric acid (WFNA) as an oxidizer and recorded using a high-speed camera. All compounds feature ignition delay times (ID) underThe efficient design of hypergolic-ionic-liquid (HIL) fuels with attractive features, (e.g., short ignition delay and high specific impulse) can be achieved by fine-tuning the molecular organization comprising both cations with appropriate alkyl chains and cyanoborohydride-based hydrogen-rich anions. Attractive features of the presented derivatives were attained by combining cations with various substituents (substituted 1H-1,2,4-triazol-4-ium, pyrrolidinium, ammonium and pyridinium cations) and the cyanoborohydride anion. All shown HILs display high thermal stabilities with thermal decomposition temperatures over 154 °C and possess higher densities (from 0.82 to 1.02 g cm−3) compared to the unsymmetrical dimethylhydrazine (UDMH, 0.793 g cm−3). The hypergolic ignition behavior of the propellant combination was evaluated by a drop test setup using white fuming nitric acid (WFNA) as an oxidizer and recorded using a high-speed camera. All compounds feature ignition delay times (ID) under 50 ms, while the 1-hexyl-1-methylpyrrolidin-1-ium cyanotrihydroborate congener (17) exhibited the shortest ID time (5 ms), which is comparable to the ID time of UDMH (4.8 ms with WFNA as an oxidizer). In addition, these HILs exhibit higher heats of formation (187.6 to 392.6 kJ mol−1), heats of combustion (34.39 to 47.15 kJ g−1) and specific impulse (176 to 205 s) compared to UDMH.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:A. Pialat, A. Kitos, Tomasz Witkowski, C. Cook, S. Wang, A. Hu, M. Murugesu
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):New journal of chemistry
Jahr der Erstveröffentlichung:2022
Organisationseinheit der BAM:2 Prozess- und Anlagensicherheit
2 Prozess- und Anlagensicherheit / 2.0 Abteilungsleitung und andere
Herausgeber (Institution):Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Verlag:RSC
Verlagsort:Cambridge
Erste Seite:1
Letzte Seite:9
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Hypergolic ionic liquids
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Material
Material / Materialdesign
DOI:10.1039/D2NJ03372K
ISSN:1144-0546
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:02.11.2022
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:07.11.2022
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