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Stromversorgung für KI-Rechenzentren Batterien gegen die Lastspitzen der KI

Von Andreas Dumont 5 min Lesedauer

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GPU-Server verändern ihren Strombedarf innerhalb von Millisekunden. Nyobolt will solche Leistungssprünge mit schnellladenden Lithium-Batterien abfangen. Dahinter steckt eine Anode aus Niob-Wolframoxid.

Das Dynamic Response System ist eine Stromversorgungslösung für KI-Rechenzentren, die den Schutz vor Stromspitzen mit einer integrierten Notstromversorgung am Rack kombiniert.(Bild: Nyobolt)
Das Dynamic Response System ist eine Stromversorgungslösung für KI-Rechenzentren, die den Schutz vor Stromspitzen mit einer integrierten Notstromversorgung am Rack kombiniert.
(Bild: Nyobolt)

Die Geschichte von Nyobolt beginnt in der Forschung. Das Unternehmen entstand aus Arbeiten am Department of Chemistry der University of Cambridge im Umfeld der Batterieforschung. Dame Clare Grey und Sai Shivareddy haben Nyobolt 2019 als Spin-out gegründet.

Der Name ist eine Anspielung auf das Element Niob, das Ausgangsmaterial der Technik und der Grund dafür, dass die Energiespeicherlösungen mit großer Geschwindigkeit laden und entladen können. Im Mai 2026 erreichte Nyobolt den Unicorn-Status mit einer Unternehmensbewertung von einer Milliarde US-Dollar.

Die Ausgangslage in den Rechenzentren

Moderne Rechenzentren müssen mit voller Kapazität laufen, ohne dass es zu Ausfällen oder einer Überlastung des Stromnetzes kommt. Herkömmliche Blei-Säure- oder Standard-Lithium-Ionen-Batterien stoßen bei den extremen, sprunghaften Lastwechseln von High-End-GPU-Servern schnell an ihre Grenzen. Auch wenn die maximale GPU-Leistung nur sporadisch auftritt, sind dennoch Netzanschlüsse, Transformatoren und andere Komponenten für diese Spitzen zu dimensionieren.

Insbesondere KI-Trainings- und Inferenz-Workloads verursachen große, schnelle Leistungsschwankungen. Beim gleichzeitigen Betrieb zahlreicher GPUs kann der Strombedarf innerhalb von Millisekunden stark ansteigen. Das System reagiert äußerst empfindlich auf geringfügige Störungen der Rechen- oder Netzwerkverbindungen und damit auch auf Strom- oder Spannungsabfälle.

Die gängige Vorgehensweise besteht heute darin, die elektrische Infrastruktur mit größeren USVs und Stromverteilungsanlagen überdimensioniert auszulegen, um Spitzenwerte abzufangen, die möglicherweise nur Millisekunden andauern.

Schnelles Laden lässt sich bei Lithium-Ionen-Batterien nicht einfach durch das Anlegen einer höheren Ladeleistung erreichen. Steigt die Ladeleistung stark an, entstehen unter anderem höhere thermische Belastungen und elektrochemische Nebenreaktionen. Eine Batterie kann auf Zellebene hervorragende Eigenschaften besitzen und trotzdem als Gesamtsystem ungeeignet sein, wenn Kühlung, Verkabelung oder Leistungselektronik die erforderliche Leistung nicht bereitstellen können.

Das Dynamic Response System soll Leistungsspitzen abfangen

Das Produkt von Nyobolt ist eine Batterie- und Energiesystemarchitektur, die auf „Instant Charging“ basiert – also Zellen, die sich sehr schnell aufladen lassen – kombiniert mit einer hohen Leistungsdichte. Herkömmliche Graphitanoden vertragen keine Schnellladung, ohne dass es zu Leistungseinbußen oder Sicherheitsrisiken kommt. Niob-Wolframoxid als Anodenmaterial löst dieses Problem auf der Materialseite.

Das Dynamic Response System (DRS) sorgt für eine stabile Stromversorgung bei Lastfragespitzen und bietet eine integrierte Energiereserve für den Fall eines Stromausfalls, verspricht der Hersteller. Das DRS soll bei einem Ausfall oder Einbruch der Netzversorgung unmittelbar Energie liefern und damit die Zeit überbrücken, bis nachgelagerte Notstromsysteme wie Generatoren oder andere Systeme übernehmen. Nyobolt nennt hierfür Reaktionszeiten von unter einer Millisekunde und eine Überbrückungsdauer von 60 bis 90 Sekunden. Da das DRS kurzfristig zusätzliche Energie bereitstellt, muss das Stromnetz und die übrige Infrastruktur nicht auf jede kurzfristige GPU-Spitze ausgelegt werden.

In der Praxis bedeutet das, dass weniger Kapital in überdimensionierten Stromversorgungsanlagen gebunden ist und der Platz im Rack, den ein größerer Puffer beanspruchen würde, wieder für Rechenleistung zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil gegenüber klassischen Batteriepuffern liegt laut Nyobolt in der Fähigkeit, solche schnellen Lastwechsel sehr häufig zu bewältigen. Das Unternehmen gibt für seine DRS-Technik mehr als 25.000 Zyklen an. Nyobolt argumentiert zudem, dass durch die geringere Wärmeentwicklung seiner Zellen und die Vermeidung künstlicher Lasten der Energieverbrauch und die Kühlanforderungen sinken könnten.

Technik auf der Basis von Niob-Wolfram-Oxiden

In Rahmen der Fortschritte in der Materialwissenschaft im Bereich der Anoden identifizierte Grey eine Gruppe von Niob-Wolfram-Oxiden als idealen Ersatz für herkömmliche Materialien, die in energiedichten Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommen. Die Struktur des Niob-Wolfram-Oxids ermöglicht es, dass eine größere Menge an Lithium-Ionen kontrolliert in die Anode ein- und aus ihr austreten kann, wodurch sich die Ladegeschwindigkeit der Batterie vervielfacht.

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Die Technik von Nyobolt vereint mehr nutzbare Leistung bei geringerem Volumen und eine Ladezeit, die sich in Minuten statt in Stunden bemisst. So erhalten Rechenzentren die Leistungsdichte, die sie für Spitzenlastzeiten benötigen, ohne Platz- und Kostennachteile und ohne dafür Abstriche bei der Verfügbarkeit machen zu müssen.

Niob ist ein vergleichsweise seltenes Element. Die weltweiten Niob-Vorkommen sind stark konzentriert. Über 80 Prozent der globalen Förderung stammen aus Brasilien. CBMM, der weltweit größte Niob-Lieferant, ist sowohl ein strategischer Investor bei Nyobolt als auch ein Forschungs- und Entwicklungspartner. Das soll für die nötige Sicherheit in die Lieferkette sorgen.

Konkurrenz in einem schnell wachsenden Markt

Man entfernt sich zunehmend von einer pauschalen Sichtweise auf die Batterie als bloßes Datenblatt (Energiedichte, Kosten pro kWh) und beginnt, eine Unterscheidung danach zu treffen, wie schnell ein System tatsächlich reagieren muss. Nyobolt betrachtet sich weniger als ein Batterieunternehmen, sondern vielmehr als ein Unternehmen für Energieeffizienz. Der Markt beginnt zunehmend, die Dinge aus dem Blickwinkel des Reaktionszeitspektrums zu betrachten, da sowohl die physische KI als auch der Strombedarf von Rechenzentren schneller wachsen als die Infrastruktur zu ihrer Versorgung.

Nyobolt agiert nicht in einem technologischen Vakuum, sondern konkurriert mit anderen Batterie- und Materialforschungsunternehmen wie Sila Nanotechnologies. Auch die Automobilindustrie arbeitet weltweit an schnelleren Ladesystemen. Hersteller und Batterieproduzenten entwickeln neue Zell-Chemie, Siliziumanoden, Hochspannungsarchitekturen, verbesserte Kühlung und leistungsfähigere Ladegeräte.

Der Wettbewerb findet auf mehreren Ebenen statt. Ein Ansatz kann durch höhere Energiedichte überzeugen, ein anderer durch niedrigere Kosten. Ein Unternehmen kann sich auf besonders schnelles Laden konzentrieren, während ein Wettbewerber stärker auf Rohstoffverfügbarkeit oder ein hohes Produktionsvolumen setzt. Für Nyobolt bedeutet das, dass eine beeindruckende Ladezeit allein nicht ausreicht. Maßgeblich wird sein, ob sich die Technik zuverlässig und zu konkurrenzfähigen Kosten in großen Stückzahlen produzieren lässt. Die Kombination aus Kosten, Lebensdauer, Ladegeschwindigkeit, Energie- und Leistungsdichte wird darüber entscheiden, in welchen Märkten Nyobolt künftig eine größere Rolle spielen kann.

Blick auf die technische Seite

Die Anode der Nyobolt-Lösung besteht aus Niob-Wolframoxid anstelle von herkömmlichem Graphit. Bei den untersuchten Niob-Wolfram-Oxiden ist der innere Aufbau entscheidend. Materialien wie Nb16W5O55 besitzen eine komplexe, tunnelartige Kristallstruktur. Sie ermöglicht es Lithium-Ionen, sich wesentlich schneller und mit weitaus geringerer mechanischer Belastung zu bewegen und in das Material einzulagern, als das bei Graphit der Fall ist. Dieser Tunnel-Mechanismus macht sehr schnelles Laden erst möglich und ist auch der Grund dafür, dass dieselbe chemische Zusammensetzung eine hohe Leistungsdichte mit sich bringt.

Das ermöglicht hohen C-Raten, ohne dass es zu Kapazitätsverlusten oder Sicherheitsrisiken wie dem Lithium-Plating kommt, bei dem sich beim Laden der Batterie metallisches Lithium bildet und ablagert, was das Schnellladen bei herkömmlichen Zellen stark einschränkt. Die C-Rate einer Batterie gibt an, wie schnell sich eine Batterie im Verhältnis zu ihrer maximalen Kapazität laden oder entladen lässt.

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