1. повышайка не нужна, если заменить пятивольтовую ардуинку на другой контроллер, который хорошо питается от лития - Nodemcu, Wemos или типа того. Шьётся тем-же кодом, пины только поменять.
Даже если повышайка нужна - посмотрите более компактные варианты.
2. Добыть аккум с контроллером заряда. Компактно, и по цене мусора - из сигареты "одноразки".
компактная зарядка лития (в одноразке еще компактнее, но не нашел где продают отдельно)
компактный стабилизатор притания на 3.3В
wemos D1 можно и голую ESP8266 взять - еще компактнее, там из обвязки будет три-четыре резистора всего. Но придется брать к ней еще отдельный программатор.